Как говорится, «компьютерные программы захватывают мир», но это происходит не само по себе
Программы всё более широко входят в нашу жизнь, так как они встроены в изделия, которыми мы постоянно пользуемся. Объем программного кода в современном автомобиле в сто раз превышает объем бортовых программ в истребителе F22. Более того, этот показатель продолжает расти: в подключенных к Интернету автомобилях появляются всё новые функции, а также намечается переход на беспилотные, гибридные и электрические транспортные средства.
«Десять лет назад на программное обеспечение приходилось всего 20% себестоимости автомобиля, и оно не сильно различалось от модели к модели. Теперь же 80% всех инноваций и конкурентных преимуществ создаются в виде не механизмов, а комбинации программного обеспечения, электроники и электрических систем», — рассказывает Зигмар Хаасис (Siegmar Haasis), руководитель конструкторского отдела подразделения Mercedes Benz в компании Daimler.
Создание программного обеспечения стало важнейшим элементом разработки изделия. Поэтому его необходимо тесно интегрировать со всеми остальными процессами конструкторскотехнологической подготовки производства. Это непростая задача: разработка программного обеспечения (ПО) выполняется всё быстрее, по высокоэффективным итерационным методикам. Их сложно синхронизировать с разработкой механических узлов, обычно выполняемой гораздо дольше.
Чтобы совместить эти два очень разных подхода, требуется тесная интеграция средств разработки ПО в процессы создания изделия. При этом среды разработки должны оставаться высокопроизводительными и удобными для программистов. Объединение инструментов управления жизненным циклом приложений (ALM) и изделий (PLM) обеспечивает эффективное междисциплинарное взаимодействие специалистов.
Задача тесной интеграции ALM и PLMтехнологий становится все более актуальной
Сложные взаимодействия между ПО и остальными элементами «умных» изделий приводят к возникновению серьезных проблем на стыках систем, созданных различными группами разработчиков. Скажем, выдается сообщение об ошибке в системе, которая вообще отсутствует на автомобиле. Другой пример: только что купленный внедорожник привозят к дилеру для установки навигационной программы, а дома обнаруживается, что после обновления программного обеспечения перестала работать установленная в машине кнопка дистанционного открывания ворот гаража.
Быстрый просмотр взаимосвязей между механической конструкцией и архитектурой программного обеспечения, выполняемый в PLM-системе
Проблемы с ПО далеко не всегда сводятся к мелким неудобствам. Отзывы автомобилей и гарантийные ремонты, число которых постоянно растет, — весьма затратное дело. В 2016 году число отзывов автомобилей изза дефектов достигло рекордного показателя — 927. Только в США было отозвано 53,2 млн машин, и все чаще причинами отзывов становятся ошибки в программном обеспечении.
Графическое представление взаимосвязей между конструкцией изделия и его программным обеспечением
По данным фирмы J. D. Power, с 2011 по 2016 годы было проведено 189 отзывов автомобилей изза проблем с ПО. Всего было отозвано свыше 13 млн машин. Среди возникавших проблем — бреши в безопасности системы развлечения, позволявшие получить удаленный доступ к системам автомобиля, ошибки в ПО, вызывавшие внезапное открытие дверей внедорожника, и даже остановка и пуск двигателя седана в движении.
Если до 2011 года на проблемы в ПО приходилось менее 5% всех отзывов, то к 2015 году этот показатель возрос почти до 15%. В других отраслях ситуация еще хуже. Так, в 2014 году 24% отзывов медицинского оборудования было вызвано ошибками в ПО.
Отображение и выделение взаимосвязей между системами позволяет эффективно проводить междисциплинарный анализ последствий внесения изменений в конструкцию
Жизненные циклы программного обеспечения и механической части изделий различаются не только на этапе разработки. Потребители привыкли менять смартфоны раз в пару лет, но автомобили и самолеты эксплуатируются гораздо дольше. Бомбардировщик В52 летает уже более 50 лет. Несколько раз в год его программное обеспечение обновляется, причем с учетом наличия множества различных вариантов конструкции планера и комплектации бортового электронного оборудования. Таким образом, вы можете либо «заработать» разочарование потребителей и потерять лояльную клиентскую базу, либо вам придется обновлять ПО изделия, детали на которое уже давно не выпускаются. Более того, ошибки в обновлениях ПО могут появиться только спустя много лет. К тому же обновления ПО позволяют решать и другие задачи. Компания GM при помощи обновления ПО обеспечила автоматическое отключение двигателя гибридного автомобиля Chevy Volt в случае его длительной работы на холостом ходу. Это было сделано не просто для экономии топлива и предотвращения разряда аккумулятора, а для спасения жизней. Если забыть выключить двигатель стоящей в гараже машины, то в помещении произойдет накопление опасного угарного газа. Владельцы модели Volt нередко забывали выключить двигатель, так как он работает практически бесшумно.
Гиперссылки позволяют и программистам, и конструкторам быстро получать доступ к бинарным файлам ПО
Лет десять назад было достаточно сконструировать изделие, а затем разработать для него программное обеспечение либо просто передать эту задачу другому отделу — ПО управляло дискретными, не связанными друг с другом узлами машины. Современные электромеханические системы являются интегрированными и взаимосвязанными, поэтому такой подход больше не работает. Интеграцию необходимо начинать на самых ранних этапах проектирования, когда идет сбор требований к будущему изделию.
Контроль состояния процесса отладки программного обеспечения в ALM- или PLM-среде
Программисты легко и удобно просматривают информацию об изделии в привычной ALM-среде
Требования к изделию, управление которыми, скорее всего, реализовано в рамках PLMсистемы, должны учитывать отраслевые нормативы и распространяться на механические узлы, программное обеспечение, электронику и технологические процессы. Для этого применяются различные средства, включая ALMсистемы. Все средства приходится интегрировать между собой, а также заносить в них подробные сведения о реализации проектных решений, результаты натурных испытаний и численного моделирования. Объединение численного и натурного моделирования позволяет сократить количество опытных образцов, а также избежать многих дорогостоящих и потенциально опасных проблем.
Руководители конструкторских служб получают всю необходимую информацию о разработке ПО и передают ее соответствующим исполнителям
И ALM, и PLMсистемы выполняют управление изменениями. Это одна из наиболее важных областей интеграции, требующая четкого понимания взаимосвязей между различными модулями. Запросы на проведение изменений, возникающие в ходе разработки изделия, требуется проанализировать, чтобы выяснить, какие последствия могут возникнуть как для механических узлов, так и для встроенного ПО. Проведение изменений различными группами специалистов должно выполняться согласованно. Небольшие различия в конструкции изделия оказывают существенное влияние на работу ПО. Модули ПО имеют разные функции в зависимости от конкретного варианта конструкции. Поэтому возникает проблема подбора правильного сочетания программного обеспечения и исполнения изделия.
Программисты просматривают и используют модели, хранимые в PLM-системе
Прослеживаемость — до исходных данных — всех систем в различных исполнениях изделия является важнейшим фактором управления взаимозависимости между такими системами. Прослеживаемость позволяет генерировать корректные конструкторские спецификации, находить обоснования для принятия того или иного проектного решения, а также выявлять причины возникновения проблем.
Разработчики ПО и инженерыконструкторы вряд ли обрадуются необходимости осваивать новые системы, решающие перечисленные задачи, особенно если такие системы не соответствуют их потребностям и принятой культуре работы. Им нужно, чтобы вся необходимая информация была представлена в привычной рабочей среде.
Интерактивные панели и средства аналитики обеспечивают непрерывное отображение актуальной информации
В настоящее время происходит переход к активному выпуску уникальных, персонализированных изделий, что связано с внедрением процессов аддитивного производства (например, 3Dпечати). В такой ситуации контроль правильных комбинаций версии ПО и исполнения изделия становится обязательным условием оказания эффективной технической поддержки. Технологии быстрого прототипирования стали обычным делом, что заметно сокращает сроки разработки новых изделий. Подобные тенденции еще более подчеркивают актуальность интеграции процессов разработки изделий и программного обеспечения при помощи таких инструментов, как цифровые двойники.
Цифровой двойник, интегрированный со средствами разработки ПО, представляет собой актуальную цифровую версию изделия. Он значительно упрощает изготовление и техническое обслуживание продукции, сделав эти процессы гораздо более гибкими и быстрыми. Но для создания цифрового двойника нужны соответствующие инструменты, способные работать совместно.
Даже если не задумываться о столь долгосрочной перспективе, интеграция процессов разработки изделия и программного обеспечения очень быстро даст положительные результаты. Благодаря наличию точной информации о том, какие именно детали, узлы и программные модули применяются в той или иной серии автомобилей, выпускаемых на множестве заводов по всему миру, — вплоть до отдельной машины с конкретным VINномером, — компания Ford смогла исправить ошибки в программном обеспечении электронного модуля управления без замены самого модуля. За три года компания сэкономила 100 млн долл. за счет сокращения расходов на гарантийный ремонт. А это не только отличный финансовый результат, но и повышение степени удовлетворенности потребителей.
